Традиционные электродвигатели и гидравлика достаточно сложные и громодкие системы, поэтому в современной робототехнике идут разработки в области искусственных мышц, которые позволяют уменьшить размер актуаторов, а также упрощают создание мягких роботов для медицинских целей. Существующие искусственные мышцы на основе различных полимеров, как правило, могут сокращаться, но не могут сгибаться, в отличие от настоящих мышечных волокон. При этом искусственные мышцы с нужными характеристиками на данный момент могут быть достаточно дорогими и сложными в производстве — например, мышцы из углеродных нанотрубок. Поиск новых решений нередко позволяет упростить или удешевить конструкцию используемых актуаторов.

Нобелевскую премию по физиологии и медицине дали за исследование аутофагии
Фото: Westworld / HBO, 2016

Авторы работы обратили внимание, на тот факт, что обычный ориентированный нейлон, используемый, например, для производства рыболовной лески, ведет себя как при нагреве как мышечные волокна: нить сокращается и увеличивается в диаметре. Ранее исследователи уже экспериментировали с линейными актуаторами на основе нейлона, однако такие волокна искусственных мышц только растягивались или сокращались. 

 

 

 

В новой работе исследователи смогли создать нейлоновый актуатор, который не только растягивается, но и сгибается в разных направлениях. Для этого ученые использовали ориентированный нейлон в нитях с прямоугольным сечением, которые получили, спрессовав обычную рыболовную леску. При точечном нагреве актуатор с квадратным сечением сокращается с одной стороны стороны быстрее, чем с других, поэтому сгибается в нужную сторону. 

 

Проведенные эксперименты показали, что такой нейлоновый актуатор может выдержать до 100 тысяч циклов сгибания (упоминавшиеся выше углеродные нанотрубки выдерживают менее тысячи циклов) и может сгибаться и разгибаться с частотой до 17 циклов в секунду. При этом для нагрева можно использовать лазер или, например, нагревающуюся токопроводящую краску с графеном, нанесенную на нужные участки искусственных мышц, что позволяет использовать волокна даже для сложных движений, включающих в себя сгибание в разные стороны.

 

Источник: N+1